固体氯化钡酸化工段工艺设计—本科毕业设计（论文）.doc

《固体氯化钡酸化工段工艺设计—本科毕业设计（论文）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体氯化钡酸化工段工艺设计—本科毕业设计（论文）.doc（69页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 学校代码： 学 号： 本科毕业设计说明书题 目：15kt/a固体氯化钡酸化工段工艺设计学生姓名：学 院：内蒙古工业大学化工学院系 别：化学工程系专 业：化学工程与工艺班 级：指导教师：二 一二 年 十二 月摘 要 氯化钡是重要的化工原料，是制备其他钡盐和其他材料的主要中间原料，主要应用于制造钡盐、鞣革、颜料、染料、化学试剂、羊毛染色助剂、金属淬火加工、人造丝的消光剂、锅炉水的处理、防止陶瓷制品褪色、制取金属钡及钡炸药、农药、化学等领域。我国氯化钡的生产能力为10万吨左右，氯化钡的生产厂家主要集中天津、河北、河南、重庆、四川、山东、山西、浙江、江苏。我国是主要的出口国，具有垄断世界市场的能力，

2、产品主要销往国内和东南亚国家。 本文设计了生产固体氯化钡的酸化工段，利用的方法是以毒重石为原料，采取盐酸酸化、烧碱中和的工艺。设计过程中先进行原料以及工艺生产方案的选择，之后进行物料衡算和热量衡算；在根据物料衡算的结果以及工艺流程画出物料流程图；接着绘制工艺管道及仪表流程图；根据设备选型的结果和流程图绘制出设备布置图和立体图；最后完成主页图和设备表。 关键词：氯化钡；毒重石；物料衡算；酸化AbstractBarium chloride was an important chemical raw materials, the preparation of others is the main B

3、arium salt and other raw materials and intermediate, mainly used in manufacturing Barium salt, tanning, pigment, dyestuff, chemical reagent, wool dyeing auxiliaries, metal processing, rayon quenching the wave-ray agents, boiler water treatment, prevent ceramics fade, making metal barium and barium e

4、xplosives, pesticides, chemical industry, etc . Barium chloride production capacity in China is 10 million tons, Barium chloride manufacturer mainly concentrated in Tianjin, Hebei, Henan, Chongqing, Sichuan; Shandong, Shanxi; Zhejiang, Jiangsu. Our country is the main exporters in the world market,

5、the ability, the monopoly products aremainly sold to domestic and southeast Asian countries.This paper designs the production of solid Barium chloride, using the acidification section method based on poison for raw material, adopts the stone, caustic soda acid neutralization process. The design proc

6、ess for raw material and production plan selection, after material and heat balance, According to the results of the material and process flow chart, draw materials, Then rendering process piping and flow chart meters, According to the results of the equipment selection and flow chart drawing equipm

7、ent layout and elevation.Keywords: Barium chloride; Poison stone; Materi目 录引言3第一章 总论 41.1 说明书 41.2 厂址概况 61.3 工程水文地质条件和气象资料 6第二章 化工工艺及系统 7 2.1 概述 7 2.1.1 装置设计规模，装置组成与各工序名称 7 2.1.2 生产方法、流程特点 7 2.1.3 生产制度 7 2.2 原材料及产品的技术规格及工艺流程 7 2.3 生产流程简述 8第三章 物料衡算 9 3.1 氯化钡的物料衡算 93.1.1 原材料93.1.2 酸化93.1.3中和153.1.4过滤1

8、83.1.5 吸收20 3.2 热量衡算 213.2.1 酸化213.2.2 中和26第四章 氯化钡酸化工段设备选型 27 4.1 浸取器的选型计算 27 4.1.1长径比的选择 27 4.1.2装料系数的选择 28 4.1.3浸取器直径与高度的计算 28 4.2 酸化罐的选型计算28 4.3 中和器的选型计算29 4.4 过滤器的选型计算29 4.5 其他设备的选型计算304.5.1 计量螺旋的选型 304.5.2 原料加料斗的选型 304.5.3 斗式提升机的选型 314.5.4 沉降槽的选型 314.5.5 泵的选型 314.5.6 风机的选型 314.5.7 吸收塔的选型 324.5.

9、8 管径的计算 33第五章 车间布置设计35 5.1 厂房布置设计的依据与范围35 5.2 车间厂房的布置设计35 5.3 车间设备布置设计35结论 37参考文献 38谢辞 39引 言无机盐工业是化学工艺的一个组成部门，具有品种多、用途广、生产方法多样等特点。目前，全世界生产的无机盐品种约为1300中左右。而有些无机盐产品，由于生产规模大，已发展成为独立的工业部门，如硫酸与硝酸工业，制碱工业和化肥工业等。氯化钡属于无机盐工业中产品的一种，我国钡矿资源丰富，据预测资源总储量要超过10亿吨，而且钡矿品位较高，钡矿储量和产量目前均局世界首位，是发展钡盐产品的有利条件。目前生产氯化钡基本上都采用盐酸酸

10、化法，原料多采用毒重石与重晶石。利用毒重石生产氯化钡是新的工艺路线，许多科研单位和企业做了大量的研究开发工作，目前已工业化生产。产品品质全部可以达到GB/T 1616-2002标准一等品水平，成本要低于传统的盐酸硫化钡法，也没有 H2S 污染问题。利用毒重石生产氧化钡的工艺路线有着极强的市场竞争能力，今后将迅速发展起来，成为生产氯化钡最普遍的方法。第一章 总论1.1 说明书1.1.1 设计依据 本次设计依据内蒙古工业大学化工学院下达的毕业设计任务书进行设计。1.1.2 设计指导思想 1、贯彻执行国家基本建设的方针政策，使设计做到切合实际，技术先进，经济合理，安全适用。 2、贯彻“五化”（一体化

11、、露天化、轻型化、社会化、国家化）的实施和结果。1.1.3 设计范围 本次设计的是生产氯化钡的酸化工段，生产装置主要有浸取器、酸化灌、中和器、板框过滤机和吸收塔。辅助设备主要有手推车、原料计量螺旋、斗式提升机、加料斗、沉降槽、风机和泵。主要过程包括浸取、酸化、中和、沉降、过滤和吸收。1.1.4 建设规模及产品方案1.1.4.1 建设规模 本次设计的生产能力为15kt/a的氯化钠。1.1.4.2 产品方案 本次设计生产出的产品应符合GB/T 1616-2002，其要求如下表：表1-1 GB/T 1616-2002要求表 指标 项目 I类 类 优等 一等品 合格品氯化钡的质量分数 99.5 99.

12、0 98.0 97.0锶的质量分数 0.05 0.45 0.90 -钙的质量分数 0.03 0.036 0.09 -硫化物的质量分数 0.002 0.003 0.008 -铁的质量分数 0.001 0.001 0.003 0.02水不溶物的质量分数 0.05 0.05 0.10 0.20纳的质量分数 0.10 - - -1.1.5主要原材料的规格及其消耗和来源1.1.5.1原材料的规格 原材料采用毒重石，用31%盐酸酸化、30%的烧碱中和。毒重石的组成及其含量为：表1-2毒重石的含量及其组成表 组成 BaCO3 CaCO3 MgCO3 SrCO3 BaSO4 Fe2O3 酸不溶物含量% 68.

13、00 20.00 3.04 0.80 1.50 1.00 5.661.1.5.2原料消耗量 经过物料衡算，毒重石每小时的消耗量为：3380kg。1.1.5.3原料的来源 毒重石从四川进行采购，然后运输到场地，盐酸与烧碱都是从当地购买。1.1.6生产方法及全厂总流程1.1.6.1生产方法 生产方法采用盐酸酸化、烧碱中和。此方法目前已工业化生产，产品品质全部可以达到GB/T1616-2002标准一等品水平，成本要低于传统盐酸硫化钡法，也没有H2S的污染问题。利用毒重石生产氧化钡的工艺技术路线有极强的市场竞争能力，今后将迅速发展起来。1.1.6.2全产总流程 先将采购来的毒重石经粉碎机粉碎，然后把一

14、定颗粒度的钡粉放入水中进行浸泡，然后将泡好的料浆经料浆泵打入到算化罐，并定时的加入一定量一定浓度的盐酸，在一定的搅拌条件下，发生酸化反应。酸化后在中和器中进行中和反应，出去镁离子和铁离子。中和后将中和液送入沉降槽，除去大的颗粒物质，将上清液送入板框过滤机进行过滤，将得到的滤液送到蒸发结晶工段进行蒸发结晶，得到最后的产品。该法中粉末状矿粉与盐酸反应迅速，生产大量气泡，因此要掌握好盐酸的浓度和添加速度。其流程框为：沉降中和酸化浸取 原料吸收结晶蒸发过滤图1-1氯化钡酸化工段工艺流程框1.2厂址概况 厂区选择建在内蒙古乌兰察布市集宁区，集宁区位于内蒙古高原中西部地区，阴山山脉灰腾梁南麓，地处东经11

15、310，北纬4001，年平均气温4.4，年平均降水量384，海拔高度1417米，属于典型的内蒙古高原大陆性气候，面积114.2平方公里，全市人口27万，居住着蒙、回、满、藏等16个少数民族、8个街道办事处、一个郊区乡。是地区政治、经济、文化中心，1992年被国务院正式批准为对外开放城市。 集宁东临京、津，南连晋、冀，西接呼、包，北通二连，京包线，集二线，集通线和集张线。110、208国道在此交汇，是连接华北、东北、西北的大动脉，是客货运输的重要中专站，是中国华北以至华东、华南等广大地区进入蒙古、俄罗斯和澳洲市场运距最短的铁路干线，地理位置独特，协作区域广泛，陆路口岸和窗口作用十分突出。集宁区基

16、础建设日益完善，日供水3.96万吨，建成了两座容量为90万立方米的污水处理厂，拥有两座110KV变电站，一座220KV变电站，紧邻装机容量为120千瓦时的丰镇电厂，可供电力138万千瓦。电信事业发展日新月异，光缆传输传输遍布全地区，集宁区程控电话交换容量5.6万门，全地区12.7万门数据通信发展迅速，分布在市内繁华地带宾馆等几十家宾馆，饭店，拥有标准客户5000间套以上。集宁区面上仓储设施齐全，条件优越，拥有西北较大的物质仓库和铁路专用线。1.3工程水文地质条件和气象资料 集宁地区地处内蒙古高原南部地带，系阴山山脉之丘陵区，地势降低。平均海拔1416.56米，是一南西北三面环山的盆地。全境北高

17、南低，西北多系山地。属北温带内蒙古高原大陆气候，风多雨少、干燥严寒、冷热不均、气候四季分明，年平均气温4.4，年日照为3130小时，年均降水384毫米，无霜期120天左右，全年主要风向为西北风，年平均风速3.3米/秒，最大风速20米/秒，风频率我15.9%。第二章 化工工艺及系统2.1概述2.1.1装置设计规模，装置组成与各工序名称 本次设计氯化钡的酸化工段，处理量为20Kt/a氯化钡。主要由浸取、酸化、中和、沉降、过滤和吸收组成。装置有浸取器、酸化罐、中和器、板框过滤机吸收塔、手推车、原料计量螺旋、斗式提升机、加料斗、沉降槽、风机和泵。2.1.2生产方法、流程特点 生产方法采用盐酸酸化、烧碱

18、中和。此方法的工艺流程清晰简单，在流程图上一目了然，便于读图。2.1.3生产制度 年操作日为300天，一班为8小时，4个小时生产一次产品。2.2原材料及产品技术规格2.2.1原料的技术规格 原材料的技术规格为：表2-1原材料的技术规格表 序号 名称 规格 1 毒重石 中低品位 2 盐酸 31% 3 烧碱 30%2.2.2产品的技术规格 产品的技术规格为：表2-2产品的技术规格表 序号 名字 规格 1 固体氯化钡 18.28% 2 固体氯化钙 5.65% 3 固体氯化锶 0.22% 4 固体氯化钠 1.64% 5 水 74.21%2.3生产流程简述 酸化的主要反应为：BaCO3+2HCl=BaC

19、l2+H2O+CO2 副反应： CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 MgCO3+2HCl=MgCL2+H2O+CO2 SrCO3+2HCl=SrCl2+H2O+CO2 Fe2O3+6HCl=FeCl3+3H2O 氯化钡的酸化工段是生产属于间歇操作，4个小时为一个周期，一班为8小时，一班出两次产品。 生产流程为：将来自堆场的毒重石用手推车推到计量螺旋上，计量螺旋将4个小时的原料处理经斗式提升机送到浸取器顶部的原料斗，原料斗经过电机振动将矿粉送到浸取器中，同时将来自水槽的清水按毒重石粉的1.5倍从顶部送入浸取器，在浸取器内通过搅拌把毒重石粉溶解在水里。溶解后用螺旋杆泵将料浆打到酸化罐

20、的上部，同时也缓慢的加入31%盐酸，通过搅拌让料浆与盐酸充分反应。此过程温度越高，气体的挥发就越严重，原料的损失也越严重，同时应将PH控制在3左右。反应生成的二氧化碳进入吸收塔，用水进行吸收，吸收完的部分送入到酸储槽中，没有吸收的部分被风机送入烟囱。酸化液用螺杆泵打入中和器的下部，30%的烧碱从顶部进入中和器，经过搅拌使反应充分，沉淀出镁离子和铁离子。在反应中应控制好PH值，使其达到8。反应后再用螺杆泵将中和液打入沉降槽进行沉降，打的颗粒会沉降在容器的底部，上清液用液下泵送入板框过滤机的上部，清水也从上部进入过滤器，过滤完将滤冰取出用小车送到推场，滤液则从过滤机下部被压出，送到蒸发工段。第三章

21、 氯化钡酸化工段物料衡算3.1氯化钡酸化工段物料衡算3.1.1原材料 原材料选择毒重石，其组成及含量如表3-1所示：表3-1毒重石的含量及组成表组成 BaCO3 CaCO3 MgCO3 SrCO3 BaSO4 Fe2O3 酸的不溶物 含量% 68.00 20.00 3.04 0.80 1.50 1.00 5.66酸化选择31%的盐酸，中和选择30%的氢氧化钠。3.1.2酸化 原料处理量为：15kt/a；年工作日为：300；原料利用率为：98%；以矿粉的1.5倍的水润湿矿粉。则每小时的原材料为 MBaCO3 BaCO3的摩尔质量：197g/mol MBaCl22H2O BaCl22H2O的摩尔质

22、量：244g/mol以每小时2538.66kg的矿粉为基准进行计算，润湿需水量为3807.99kg。 酸化反应的主要反应化学方程式为：BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2消耗BaCO3质量为： 每小时的原料处理量BaCO3的质量分数原料利用率 2538.660.680.98=1691.8kg (3-1) mi - 反应消耗或产生的某物质的质量 mBaCO3 反应的碳酸钡的质量 Mi 反应消耗或生产的某种物质的分子量 MBaCO3 碳酸钡的分子量消耗HCl的质量为：1691.836.52/197=627kg生成BaCl2的质量为：1691.8208/197=1786.3kg生产H2O

23、的质量为：1691.818/197=154.6kg生成CO2的质量为：1691.844/197=377.9kg副反应为：（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2消耗CaCO3的质量为： 每小时的原料处理量CaCO3的质量分数原料利用率 2538.660.20.98=497.6kg (3-2) mi 反应消耗或生产的某物质的质量mCaCO3 反应的碳酸钙的质量Mi 反应消耗或生产的某些物质的分子量MCaCO3 碳酸钙的分子量消耗HCl的质量为：497.636.52/100=363.2kg生成CaCl2的质量为：497.6111/100=552.3kg生成H2O的质量为：497.61

24、8/100=896kg生成CO2的质量为：497.644/100=218.91kg（2）MgCO3+2HCl=MgCl2+H2O+CO2消耗MgCO3的质量为： 每小时的原料处理量MgCO3的质量分数原料利用率 253.860.03040.98=75.6kg （3-3）mi 反应消耗或生产的某物质的质量mMgCO3 反应的碳酸钙的质量Mi 反应消耗或生产的某些物质的分子量MMgCO3 碳酸钙的分子量消耗HCl的质量为：75.636.52/84=657kg生成MgCl2的质量为：75.695/84=85.5kg生成H2O的质量为：75.618/84=16.2kg生成CO2的质量为：75.644/

25、84=39.6kg（3）SrCO3+2HCl=SrCl2+H2O+CO2消耗SrCO3的质量为： 每小时的原料处理量SrCO3的质量分数原料利用率 2538.660.0080.98=26.499kg （3-4）mi 反应消耗或生产的某物质的质量mSrCO3 反应的碳酸钙的质量Mi 反应消耗或生产的某些物质的分子量MSrCO3 碳酸钙的分子量消耗HCl的质量为：19.936.52/147=9.88kg生成SrCl2的质量为：19.9158/147=21.39kg生成H2O的质量为：19.918/147=2.44kg生成CO2的质量为：497.644/147=6.0kg（4）Fe2O3+6HCl=

26、FeCl3+3H2O消耗Fe2O3的质量为： 每小时的原料处理量Fe2O3的质量分数原料利用率 2538.660.010.98=24.9kg （3-5）mi 反应消耗或生产的某物质的质量mFe2O3 反应的碳酸钙的质量Mi 反应消耗或生产的某些物质的分子量MFe2O3 碳酸钙的分子量消耗HCl的质量为：24.936.5/160=34kg生成Fe2O3的质量为：24.9162.5/160=50.6kg生成H2O的质量为：24.9318/160=8.4kg原料的利用率为：2538.66（1-1.015-0.0566）0.98=2309.8kg反应消耗HCl的量为：627.0+363.2+65.7+

27、9.88+34=1099.78kg反应消耗的盐酸的量为：1099.78/0.31=3547.7kg生成CO2的量为:377.9+218.91+39.6+6=636.46kg生成H2O的质量为：154.3+89.6+16.2+2.44+8.4=271.24kgH2O的质量为：3807.99+3547.70.69+271.24=6527.1kg酸化反应后溶液的质量为：2309.8+3547.7+3807.99-636.46=9029.03kg （3-6） Wt 物质的质量分数 mi - 该物质的质量 m溶液 溶液的质量BaCl2的质量分数为：1786.3/9029.03100%=19.7%CaCl

28、2的质量分数为：552.3/9029.03100%=6.1%H2O的质量分数为：6527.1/9029.03100%=72.29%MgCl2的质量分数为：85.5/9029.03100%=0.95%SrCl2的质量分数为：21.39/9029.03100%=0.237%Fe2O3的质量分数为：50.6/9029.03100%=0.56% 查的BaCl2溶液的比热容：当浓度为15%时的比热容为：0.8171cal/（g）；浓度为20%时的比热容为：0.7605cal/（g）。由下式计算19.80%的BaCl2溶液的比热容： 解得：c=0.7628cal/（g）由热量衡算得到酸化的温度为66.79

29、，入口温度为25.某温度洗的密度计算式为：dt=d20+（t0-t1） （3-7）已知温度为20、浓度为19.80%BaCl2溶液的温度系数为0.418,20是BaCl2溶液的密度d20=1200.97g/ld66.79=d20+（20-66.79） =1200.97+0.42(20-66.79) =1181.3g/lBaCl2溶液的体积为：9029.031000/1181.3=7646.6L 调pH到3，假设pH所需要的盐酸体积不计，则氢离子的浓度为：0.001mol/l，氢离子的物质的量为：0.0017646.3=7.643mol所以HCl的物质的量也为10.717mol，HCl的质量为：

30、7.64336.5=279g调pH消耗的盐酸的量为：279/0.31=0.9kg消耗的盐酸的总量为：3547.7+0.9=3548.6kg酸化后BaCl2溶液的总量为：9029.03+0.9=9029.93kg杂质的量为：硫酸钡：38.1kg；酸的不溶物：143.7kg；碳酸钡：34.5kg；碳酸钙：10.1kg；碳酸镁：1.6kg；碳酸锶：0.4kg；氧化铁：0.5kg。 酸化的物料平衡表如下： 表3-7酸化物料平衡表物料 进料kg/h 出料kg/h BaCO32298.4 45.968 CaCO3 676 13.52 MgCO3 102.752 2.055 SrCO3 27.04 0.54

31、1 BaSO4 50.7 50.7 FeCO3 33.8 0.676 HCl 1479.441 14.794 盐酸 4724.67 - 水 8632.949 8724.376 BaCl2 - 2378.202 CaCl2 - 735.353 MgCl2 - 113.883 SrCl2 - 28.482 FeCl2 - 67.283 CO2 - 855.250 总计 13222.39 13222.393.1.3中和中和工段将pH调到8，中和的反应方程式为： 此方程式中各物质的摩尔质量如表3-8所示： 表3-8方程式中各物质的摩尔质量表：名称 摩尔质量g/mol 95 40 58 58.5 (3-

32、8)-反应消耗或产生的某物质的质量-反应的氯化镁的质量-反应消耗或产生的某物质的分子量-氯化镁的分子量消耗NaOH的质量为： 85.5402/95=72kg生成的质量为： 85.558/95=52.2kg生成NaCl的质量为： 85.558.52/95=105.3kg(2) (3-9) -反应消耗或产生的某物质的质量 -反应的氯化铁的质量 -反应消耗或产生的某物质的分子量 -氯化镁的分子量消耗NaOH的质量为： 50.6403/162.5=37.4kg生成的质量为： 50.6107/162.5=33.3kg生成NaCl的质量为： 50.658.53/162.5=54.6kg反应消耗NaOH的质

33、量为： 72+37.4=109.4kg消耗NaOH溶液的质量为： 109.4/0.30=365kg用试差法求出25时30NaOH溶液的密度为1.329g/ml。将调pH调到8。中和所需NaOH溶液的体积为： 3651000/1.32=276515ml中和后溶液的体积为： 7643.3+276515/1000=7920L调pH后溶液中H+的物质的量为： 792010-8=0.79210-4mol调pH消耗NaOH的物质的量为： 6.8513mol调pH消耗NaOH的质量为： 6.851340=274g调pH消耗NaOH溶液的质量为： 274/0.3=913.5g总消耗NaOH溶液的量为： 365+913.5/1000=365.9kg中和后BaCl2的质量分数为： 1786.3/9314100=19.18中和后杂质的量为：硫酸钡：38.1kg酸不溶物：143.7kg碳酸钡：34.5kg碳酸钙：10.1kg碳酸镁：1.6kg碳酸锶：0.41kg氧化铁：0.5kg氢氧化铁：52.2kg氢氧化镁：52.2kg 列出中和物料平衡表，如下： 表3-11中和物料平衡表 物料 进料kg/h 出料kg/hBaCO334.5 34.5 CaCO3 10.1 10.1 MgCO3 1.6